Режимы резания. Классификация металлорежущих станков

Физика процесса резания

В процессе резания металла к резцу прикладывают значительное усилие, срезанный слой подвергается упругим и пластическим деформациям. Деформацию испытывают поверхностный слой перед резцом, подрезцовый слой и сам резец. На начальном этапе резания инструмент режущей кромкой внедряется в тело заготовки, затем, двигаясь, инструмент передней поверхностью давит на верхний слой металла и отрывает его от заготовки. При этом срезаемый слой претерпевает сложную пластическую деформацию. В тот момент, когда возникшие в этом слое напряжения превзойдут значения прочности металла, произойдет относительный сдвиг частиц (скалывание), т. е. образуется стружка. Температура в зоне резания достигает 500—1000 °С. Нагревание при резании изменяет свойства срезаемого и поверхностного слоев заготовки.

Пластическая деформация распространяется также на некоторую величину вглубь заготовки, в результате чего возникает наклеп под обработанной поверхностью.

Поверхность ВС (рис. 7.6), по которой отделяется элемент стружки от заготовки, называется плоскостью скалывания, угол |3 — углом скалывания или сдвига.

Рис. 7.6. Схема образования стружки

Угол сдвига определяет положение плоскости максимальных касательных напряжений и зависит от толщины стружки, скорости резания и свойств обрабатываемого материала.

В зависимости от взаимосвязи первичных элементов стружки делятся на несколько видов.

Стружка, срезаемые элементы которой остаются раздельными, не связанными друг с другом, называется элементной. Образуется такая стружка при обработке пластичных металлов при очень низких скоростях резания.

Если элементы срезаемого слоя остаются соединенными между собой, образуя сплошную ленту с гладкой внутренней поверхностью, а с внешней стороны стружка имеет зазубрины и суставы, то такая стружка называется суставчатой.

Основным признаком сливной стружки является ее сплошность, она сходит непрерывной лентой, завиваясь в спираль, а поверхность, прилегающая к передней поверхности резца, гладкая. Сливная стружка может быть очень длинной, имеет склонность запутываться около резца и детали, поэтому очень опасна. Сливная стружка характерна для мягких металлов и сплавов, но может быть получена и при обработке твердых сплавов при высоких скоростях.

Стружка надлома состоит из отдельных кусочков различных размеров и формы, образуется при обработке хрупких малопластичных материалов, например чугуна.

Основными видами стружек при резании пластичных материалов являются сливная стружка и суставчатая; при резании хрупких материалов — элементная.

Из-за пластической деформации длина стружки I меньше длины пути резца Ь₀; а толщина стружки а₁ больше толщины снимаемого слоя а. При этом ширина стружки мало отличается от ширины срезаемого слоя. Изменение размеров стружки по длине обусловлено продольной усадкой, которая характеризуется коэффициентом ?, продольной усадки или отношением длины пути резца к длине полученной стружки:

⁼ и/ь.

При обработке мягких углеродистых сталей, меди образуется сливная стружка, отдельные элементы которой явно не выражены, для сливной стружки ?, от 2 до 3. При обработке твердых сталей образуется стружка скалывания (?, от 1,5 до 1,8); при обработке чугунов и других хрупких металлов — стружка надлома от 1,1 до 1,2).

Утолщение стружки относительно толщины среза обусловлено поперечной усадкой и характеризуется коэффициентом у поперечной усадки:

|/ = а_х/а₂.

Коэффициент усадки стружки является количественным показателем процесса резания: чем он меньше, тем с меньшими деформациями протекает процесс резания, тем благоприятнее условия стружкообразования и меньше расход мощности на обработку детали.

На коэффициент усадки стружки основное влияние оказывают физико-механические свойства обрабатываемого материала, передний угол инструмента, толщина срезаемого слоя, скорость резания и наличие смазочно-охлаждающей жидкости.

На усадку стружки заметное влияние оказывает скорость резания, увеличение которой приводит к снижению коэффициента трения на передней поверхности и соответствующему уменьшению деформации срезанного слоя.

Существенное снижение усадки происходит при увеличении переднего угла у и применении смазочно-охлаждающих жидкостей.